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1、第十六章 量子物理基础116.7 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述一一. H原子的量子化条件原子的量子化条件1. 能量量子化能量量子化原子只能处在一系列能量不连续的稳定状态，原子只能处在一系列能量不连续的稳定状态，主量子数主量子数2. 角动量量子化角动量量子化（L的大小）的大小）副量子数副量子数 副量子数副量子数l的取值受主量子数的取值受主量子数n的限制。的限制。 角动量角动量L大小的可能取值：大小的可能取值：第十六章 量子物理基础216.7 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述3. 角动量的空间量子化角动量的空间量子化（ 的方向是量子化的）的方向是量子化的）在外磁场作用下
2、，电子运动轨道平面只能取一些特定方位在外磁场作用下，电子运动轨道平面只能取一些特定方位Lz0z磁量子数磁量子数当当l一定的情况下，一定的情况下，Lz的取值有（的取值有（2l1）种）种l = 2 例如例如：角动量大小是角动量大小是Z方向分量有方向分量有5种取值种取值轴对称分布轴对称分布第十六章 量子物理基础316.7 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述电子自旋角动量大小电子自旋角动量大小S 在外磁场方向的投影在外磁场方向的投影s 自旋量子数自旋量子数电子自旋角动量在电子自旋角动量在 外磁场中的取向外磁场中的取向ms 自旋磁量子数自旋磁量子数4. 电子自旋电子自旋 (1925年乌伦贝克等
3、年乌伦贝克等)取值为：取值为：ms = 1/2s = 1/2第十六章 量子物理基础416.7 量子力学对氢原子的描述量子力学对氢原子的描述二二. 四个量子数四个量子数 （表征电子的运动状态）（表征电子的运动状态）1.主量子数主量子数 n ( 1 , 2 , 3, )2. 副量子数副量子数 l ( 0，1，2，. , n -1 ) 3. 磁量子数磁量子数 ml ( 0，1， 2，. , l ) 4.自旋磁量子数自旋磁量子数 ms ( 1/2 , -1/2 ) 大体上决定了电子能量大体上决定了电子能量决定电子的轨道角动量大小，对能量也有稍许影响。决定电子的轨道角动量大小，对能量也有稍许影响。决定电
4、子轨道角动量空间取向决定电子轨道角动量空间取向决定电子自旋角动量空间取向决定电子自旋角动量空间取向第十六章 量子物理基础516.8 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构一一. 壳层结构壳层结构1916年，柯赛尔提出电子壳层结构的排布规律：年，柯赛尔提出电子壳层结构的排布规律：1. 主量子数主量子数n相同的电子组成一个壳层；相同的电子组成一个壳层；n越小，壳层半径越小，能量越低。越小，壳层半径越小，能量越低。 对应于对应于n = 1, 2, 3, 4, 5, 6的各壳层的各壳层 分别记做分别记做 K, L, M, N, O, P2. n相同的同一壳层中，副量子数相同的同一壳层中，副量子数l不同，
5、又分成分壳层。不同，又分成分壳层。 对应于对应于l = 0, 1, 2, 3, 4, 5, n1，的各支壳层的各支壳层 分别记做分别记做 s, p, d, f, g, hn相同，相同，l越小，能量越低，但相差甚微。越小，能量越低，但相差甚微。第十六章 量子物理基础616.8 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构n1234l00、10、1、20、1、2、3壳层结构1s2s、2p3s、3p、3d4s、4p、4d、4f二二. 泡利不相容原理泡利不相容原理 (1925年年) 在一个原子中在一个原子中, 不可能有两个或两个以上的电子处在完不可能有两个或两个以上的电子处在完全相同的量子态全相同的量子态 ，
6、即原子中不可能有两个或两个以上的，即原子中不可能有两个或两个以上的电子具有一组完全相同的量子数电子具有一组完全相同的量子数（ n， l ，ml ， ms ）。核外电子在壳层结构上的分布遵从以下两条原理：核外电子在壳层结构上的分布遵从以下两条原理：第十六章 量子物理基础716.8 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构获获1945年诺贝尔年诺贝尔 物理学奖物理学奖（Wolfgang Pauli） 奥地利人奥地利人 1900-1958 泡泡 利利第十六章 量子物理基础816.8 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构一一对应一一对应量子态量子态2 (2l+1) n, l, ml , ms确定，可能出现
7、的量子态数：确定，可能出现的量子态数：1 n, l, ml 确定，可能出现的量子态数：确定，可能出现的量子态数：2 n, l 确定，可能出现的量子态数：确定，可能出现的量子态数： n确定，可能出现的量子态数：确定，可能出现的量子态数：第十六章 量子物理基础916.8 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构原子系统处于正常状态时，每个电子都首先占据可能出现的原子系统处于正常状态时，每个电子都首先占据可能出现的最低能级，即低能级或内层轨道首先被充满。最低能级，即低能级或内层轨道首先被充满。 三三. 能量最小原理能量最小原理 能级高低能级高低主量子数主量子数 n决定决定角量子数角量子数 l影响影响Ze
8、K LMnl1021032103d3p3s 2p2s 1s n=1n=2n=3第十六章 量子物理基础1016.8 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构1s2s2p3s3p3d4s1 氢2 氦HHe123 锂4 铍LiBe22125 硼6 碳10 氖BCNe22222212613 铝14 硅18 氩AlSiAr22222266622212619 钾20 钙KCa22226622661221 钪Sc22626124s 能级能级低于低于3d 能级能级D = n + 0.7 l部分原子的电子排列部分原子的电子排列第十六章 量子物理基础1116.8 原子的电子壳层结构原子的电子壳层结构例：钴原子有例：钴原子有2个电子在个电子在4s态，没有其他态，没有其他n 4的电子，则在的电子，则在3s 态的电子可能有几个？态的电子可能有几个？解：解：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3dxX=？例：例：Na原子核外有原子核外有11个电子，当个电子，当Na原子处于基态时，价电原子处于基态时，价电 子可能取的量子态数？子可能取的量子态数？解：解：18个个
